Sala Limpa Extraterrestre: Semicondutores Estão Crescendo na ISS

Isso nunca foi feito em órbita. Em 13 de setembro, a nave de carga Progress MS-32 entregou pela primeira vez à Estação Espacial Internacional o sistema Ekran-M para o cultivo de semicondutores no espaço sideral. Trata-se de materiais para a eletrônica moderna: transistores, diodos e painéis solares. O Instituto Rzhanov de Física de Semicondutores, Seção Siberiana da Academia Russa de Ciências (ISP SB RAS), onde o sistema único foi criado, nos contou como ele foi criado e por que os semicondutores crescem melhor no espaço.

Referência MK: Semicondutores são materiais cujas propriedades se situam entre condutores (como o cobre) e isolantes (vidro). Eles podem conduzir ou bloquear corrente elétrica sob certas condições, razão pela qual são valorizados pelos criadores da microeletrônica moderna. O semicondutor mais comum é o silício, o principal material usado em chips de computador, assim como o germânio, o arseneto de gálio e o carboneto de silício.

Por que criar uma "estufa" espacial para semicondutores?

Cientistas decidiram tentar criar a produção de semicondutores no espaço, já que é lá que é possível produzir materiais de pureza particularmente alta usando epitaxia de feixe molecular (MBE).

Este método envolve a evaporação de átomos ou moléculas de uma substância sob condições de ultra-alto vácuo e sua deposição em um fluxo fino e ordenado sobre um substrato monocristalino aquecido, formando um cristal com um perfil específico. O processo permite a construção de estruturas multicamadas complexas com espessura e propriedades precisamente controladas, semelhante à colocação de uma parede perfeitamente lisa, tijolo por tijolo. As camadas semicondutoras são modeladas com base no produto final desejado, garantindo que o cristal semicondutor tenha as propriedades desejadas, como capturar ou emitir luz em uma faixa específica ou suportar altas tensões elétricas melhor do que outros materiais.

A pureza do vácuo nas instalações de MBE na Terra é tal que nem um único átomo estranho será encontrado para cada bilhão de átomos de material sintetizado. No entanto, segundo os cientistas, esse tipo de produção tem suas desvantagens: as instalações são extremamente grandes e caras, a necessidade de criar uma câmara de vácuo para depositar cada elemento químico individualmente e o risco de poluição do ar com gases tóxicos.

Acontece que essas desvantagens podem ser evitadas no espaço.

"Se falarmos sobre as potenciais vantagens do cultivo de materiais semicondutores em órbita, existem várias", explica Alexander Nikiforov, projetista-chefe do projeto Ekran-M e chefe de um laboratório no Instituto de Física de Semicondutores A.V. Rzhanov, ao MK. "Primeiro, o vácuo existente no espaço é utilizado — não há necessidade de construir uma instalação separada para atingir os parâmetros necessários. Segundo, apenas uma câmara é necessária para depositar todos os elementos. Todo o material não utilizado para sintetizar o composto semicondutor deixa a câmara de crescimento (a unidade principal onde os semicondutores são cultivados — nota do autor ), escapando para o espaço sem se depositar nas paredes da câmara. A câmara não desenvolve uma 'memória' dos compostos previamente cultivados nela. E terceiro, a síntese de compostos semicondutores frequentemente envolve o uso de compostos e gases tóxicos. Sistemas especiais de reciclagem e sistemas de fornecimento de gás protegido estão sendo construídos na Terra." No espaço, isso não é necessário, uma vez que os compostos tóxicos são "descartados" pelo espaço automaticamente, sem causar nenhum dano aos humanos.

Uma jornada de 29 anos no espaço

A pesquisa para a criação de semicondutores "espaciais" começou no Instituto de Problemas de Semicondutores da SB RAS em 1996, sob a direção de Oleg Pchelyakov, Doutor em Física e Matemática. Atualmente, o experimento é o único programa de pesquisa desse tipo no mundo. Pesquisas semelhantes foram conduzidas nos Estados Unidos na década de 1990 e no início dos anos 2000, sob a direção do Professor Alex Ignatiev, da Universidade de Houston, mas esse esforço foi interrompido após o desastre do ônibus espacial Columbia em 2003.

"O experimento Ekran-M é um avanço significativo no desenvolvimento da ciência dos materiais e da ciência como um todo", afirma Alexander Nikiforov. "O objetivo geral é estudar a eficiência do processo de crescimento de camadas epitaxiais no espaço."

Durante uma das caminhadas espaciais, a tripulação russa precisará colocar a instalação MLE na superfície externa da estação.

Os cientistas planejam primeiro testar o equipamento, desenvolver tecnologias para sintetizar filmes de arsenieto de gálio em órbita e analisar as propriedades do material resultante.

O projeto Ekran-M faz parte de um programa de longo prazo de trabalho direcionado na ISS. Se tudo correr bem, é possível que o trabalho de cultivo de semicondutores continue na nova estação ROS.

Publicado no jornal Moskovsky Komsomolets, nº 29609, 18 de setembro de 2025

Manchete de jornal: Sala limpa extraterrestre